JP5135322B2 - 吸込み領域に弁ユニットを備えたコンプレッサ装置 - Google Patents

Description

本発明は、コンプレッサ装置、特に圧縮空気発生のためのスクリュコンプレッサであって、コンプレッサ装置が圧力媒体を吸い込むための吸込み開口を有するコンプレッサハウジングが設けられており、閉鎖エレメントを有する弁ユニットが設けられていて、閉鎖エレメントが、コンプレッサ装置の運転時に開放位置を占め、かつスイッチオフ状態において閉鎖位置を占める形式のものに関する。

本発明によるコンプレッサ装置は特に、圧力空気発生のために使用されるスクリュコンプレッサである。このようなスクリュコンプレッサの有利な使用分野は、レール車両や、例えば連結バスのような特殊車両における圧力空気発生であり、圧力空気を用いて運転される種々様々な消費機の連続的な供給を保証することが望まれている分野である。スクリュコンプレッサはこの場合、高い確実性と、得ることのできる高い圧力レベルと、圧力媒体の連続的な流れとによって傑出している。この場合スクリュコンプレッサは、レール車両における相応な構造空間における種々様々な取付け位置に組み込まれる。スクリュコンプレッサの運転時にスクリュコンプレッサは吸込み開口を通して、圧縮される空気を吸い込み、吸い込まれた空気は次いでスクリュロータを用いて圧縮される。スクリュコンプレッサが遮断つまりスイッチオフされると、圧縮空気はコンプレッサハウジングから吸込み開口に急激に戻り、この場合通常は、スイッチオフ時に弁ユニットが閉鎖して、この弁ユニットが流出開口からの圧縮空気の流出を阻止するようになっている。逆止弁の形式で機能するこの弁ユニットは、新たな運転時に初めて開放し、圧縮空気は再び流入方向でコンプレッサハウジング内に進入することができる。

このような目的のために働く公知の弁ユニットは、カウンタバランスを用いて重力の作用下で操作されるフラップを有している。従ってコンプレッサ装置の取付け位置は弁ユニット機能にとって重要である。この場合装置は、しばしばそれが鉛直方向に組み付けられねばならないことに基づいて、相応に大きな構造高さを必要とする。しばしば使用される吸込み調整器は、確かに水平方向に配置された形式で取付け可能であり、吸込み逆止弁の機能をも有しているが、しかしながらこのような吸込み調整器はしばしば固有のハウジングを有しており、この場合シャフトにおける円筒形付加部の内部において、閉鎖位置と開放位置との間において移動する弁頭が案内されている。このような系はしばしば固有のハウジングを必要とし、ゆえにそのために必要な取付け空間は極めて大きなスペースを必要とする。

ＤＥ１９７１６５４９Ｃ２に基づいて公知のスクリュコンプレッサは、逆止弁として形成された弁ユニットを有していて、この弁ユニットは空気流入管片内に配置されている。逆止弁はフラップを有していて、このフラップはコイルばねを用いて閉鎖位置に押圧される。フラップは片側においてジョイントに回転可能に支承されているので、ジョイントを中心にして旋回可能であり、これによって閉鎖位置から開放位置に達することができる。コイルばねはこの場合ハウジング内側に配置されていて、フラップを閉鎖位置に押圧するようになっており、フラップを開放するためには、コイルばねのばね力に抗してフラップが押圧されねばならない。この公知の構成における欠点としては、ばねを圧縮するために相応に大きな力が加えられねばならない、ということが挙げられる。加えられる力は、フラップに作用する流れの力によって生ぜしめられねばならず、弁ユニットはその欠点に基づいて極めて大きな流れ抵抗として働き、コンプレッサハウジング内における吸込み領域の内部において得られる空気圧が低下してしまう。その結果コンプレッサ出力が低下する。

ゆえに本発明の課題は、冒頭に述べた形式のコンプレッサ装置を改良して、上に述べた欠点を有しておらず、簡単な構造を有しており、取付け位置とは無関係に運転可能で、かつ小さな所要スペースの点で傑出しているコンプレッサ装置を提供することである。

この課題を解決するために本発明の構成では、請求項１の上位概念部に記載された形式のコンプレッサ装置において、特徴部記載のように構成した。本発明の別の有利な構成は請求項２以下に記載されている。

本発明によるコンプレッサ装置では、閉鎖エレメントが皿形に形成されていて、コンプレッサハウジングに形成されたガイド輪郭を介して閉鎖位置と開放位置との間において自由に軸方向運動可能に案内されている。

本発明のように構成されていると、弁ユニットをコンプレッサハウジングの内部に組み込むことができ、これにより所要スペースを小さくすることができる。本発明による弁ユニットは特に、極めて少ない部材数の点で傑出しており、これにより僅かな手間及びコストで製造することができる構成が可能になる。本発明による弁ユニットは特にどのような取付け位置においても運転可能である。それというのは、閉鎖エレメントは、閉鎖位置と開放位置との間において移動するために、コンプレッサハウジング内に形成されたガイド輪郭を介して案内されているからである。この場合、重力の方向を考慮した閉鎖エレメントの自由はほとんど問題にならない。それというのは、開放位置もしくは閉鎖位置はそれぞれ閉鎖エレメントに対する流体動力学的な力作用によって得られるからである。閉鎖エレメントの皿形の構成は、円形の閉鎖カバーの形において形成されていることができ、この閉鎖カバーは、コンプレッサがスイッチオフされて閉鎖位置が占められる場合に、カバーとして空気流入開口の前に位置する。閉鎖エレメントが開放位置に移動する場合、コンプレッサハウジング内における負圧が十分であり、開放位置は、流体動力学的に閉鎖エレメントに対して力を作用させる空気流に基づいて維持される。

本発明の大きな利点は、コンプレッサハウジング内に形成されたガイド輪郭によって得られる。つまり本発明において設けられているガイド輪郭は、閉鎖エレメントを回転可能に支承するため必要であったジョイントを不要にする。閉鎖エレメントは、軸方向において自由に運動可能な長さの範囲内で、閉鎖位置と開放位置との間においてガイド輪郭を用いて案内されており、この場合のガイドは、閉鎖エレメントの皿縁部を介して行われる。ガイド輪郭は吸込み開口の内部において、閉鎖位置と開放位置との間における移動のために十分な長さをもって形成されている。閉鎖エレメントを案内するためのガイド輪郭は、有利には注型条片として形成されており、コンプレッサハウジングは２つ〜６つ、有利には３つ〜５つ、特に有利には４つの注型条片を有している。注型条片は、フライス加工されたウェブの形で形成されていて、吸込み開口の長手方向軸線の方向でコンプレッサハウジングの内壁に沿って延在している。この場合注型条片は横断面で見て波形をしており、波の山は半径方向内側を指していて、波の谷は外側に向かってハウジング内に延びている。この場合特に有利には４つの注型条片が設けられており、これらの注型条片はそれぞれ互いに対して９０°の角度をおいて吸込み開口の円形横断面にわたって分配配置されている。

コンプレッサが投入接続つまりスイッチオンされると、閉鎖エレメントは開放位置に移動する。閉鎖エレメントは、注型条片の半径方向内側に向かって延びた波の山を介して案内され、この場合、コンプレッサの吸込みによって生じる空気流は、注型条片の波の谷を通って流れる。閉鎖エレメントに対して作用する流れの力は、閉鎖エレメントを開放位置に留めるのに十分である。コンプレッサの取付け位置、ひいては弁を機能させるための弁ユニットの取付け位置は、問題にならない。それというのは、それぞれの開放位置もしくは閉鎖位置はもっぱら流れの力によって得られ、そして維持されるからである。

本発明の有利な構成では、コンプレッサハウジングの吸込み開口にフランジエレメントが配置されていて、該フランジエレメントが空気流入開口を有していて、該空気流入開口を通して、コンプレッサ装置によって吸い込まれた空気が貫流するようになっている。フランジエレメントはこの場合同時に吸込み開口の閉鎖体としても働き、半径方向において対称的に形成されていて、空気を吸い込むことができる相応な孔を有している。空気流入開口はこの場合フランジエレメントの対称軸線と同軸的に延びているので、このフランジエレメントはリング形状もしくは管形状を有しており、その外側には皿形のフランジが形成されていて、このフランジは、コンプレッサハウジングに相応に加工された平らな面にねじ結合されている。

弁ユニットは、フランジエレメントの内側の直ぐ後ろに配置されており、フランジエレメントは、内側を向いたシール面を有していて、このシール面を閉鎖エレメントは閉鎖位置においてシールする。このシール面はリング状の面として形成されており、このリング状の区分は閉鎖エレメントの外径にほぼ相当している。閉鎖位置においてフランジエレメントのシール面と閉鎖エレメントとの間にはシールエレメントが設けられており、このシールエレメントは閉鎖位置においてコンプレッサハウジングの吸込み領域を、大気に対してシールする。別のシールエレメントがフランジエレメントとコンプレッサハウジングとの間に配置されており、これによってこの箇所においても吸込み領域の相応なシール性を保証することができる。シール部材はそれぞれＯリングパッキンとして形成されていることができ、閉鎖エレメントとフランジエレメントとの間におけるシールのために働くシールエレメントは、閉鎖エレメントに受容されている。これに対して、フランジエレメントとコンプレッサハウジングとの間におけるシールのために働くシール部材は、フランジエレメントに受容されているが、しかしながらシールエレメントがそれぞれ反対側に受容されているような構成も可能である。例えばプラスチックのような適宜な材料選択によって、適宜なジオメトリ構成によって所望のシール作用を得ることができる。

本発明の有利な構成では、弁ユニットが行程制限エレメントを有しており、該行程制限エレメントを用いて、開放位置への閉鎖エレメントの軸方向運動が制限可能である。この場合行程制限エレメント自体は、吸込み開口の内部における相応な箇所において軸方向で固定されることができ、これにより、閉鎖エレメントの開放位置のポジションを調整することができる。この場合行程制限エレメントは相応に合わせられた距離をフランジエレメントから有することができ、その結果閉鎖エレメントは、吸い込まれるコンプレッサ空気のために流れ抵抗が最小になる開放位置を占める。行程制限エレメントもまた同様に皿形に形成されており、この場合弁皿が開放位置において隣接する真ん中の円筒形の区分は、フランジエレメントの方向に延びている。閉鎖エレメントと行程制限エレメントとの間には有利にはばねが配置されており、このばねは、閉鎖エレメントをコンプレッサ装置のスイッチオフ状態においてフランジエレメントのシール面に押圧する。この場合ばねは、閉鎖エレメントに対して小さな力しか作用させないような僅かな強さを有している。ばねの使用は特に、スイッチオフされて負荷軽減された状態における、がたつきによる異音を阻止するために働く。それというのは、このような場合、閉鎖エレメントは軸方向において自由に運動可能であり、ばねが設けられていないと、閉鎖位置に留めておくことができるような力を生ぜしめることができないからである。ばね力はこの場合、閉鎖位置から開放位置への移動のために大きな力が不要であるように小さく選択されており、その結果閉鎖エレメントとフランジエレメントとの間における狭められた流れ横断面に基づいて流れ抵抗はまったくもしくは極めて僅かしか生じない。従ってばねを弁ユニットから省くことも可能である。閉鎖位置における閉鎖エレメントのポジションに関して、ばねは確かに助成するように作用することができるが、吸込み開口における内圧発生時における逆方向の流れ負荷に基づいて、閉鎖エレメントの自動的な閉鎖が可能であり、かつフランジエレメントのシール面に対するシールが可能である。ばねはこの場合コイルばねとして形成されており、このばねは同様に、有利には圧縮ばねとして働く皿ばね又はこれに類したものとして形成されていてもよい。

本発明の別の有利な構成では、フランジエレメントが、コンプレッサハウジングの外側に向かって形成された中空円筒形の区分を有している。中空円筒形の区分の外側にはフィルタ受容体を被せ嵌めることができ、このフィルタ受容体は、プラスチック材料製の管シェル、緊締エレメント又はこれに類した固定エレメントのようなクランプエレメントを用いて固定されている。この場合フランジエレメントには、吸込み開口を外側においてコンプレッサハウジングから閉鎖するという機能、内側において閉鎖エレメントに対するシール面を提供するという機能、同時にフィルタ受容体のための受容可能性を提供するという機能が与えられる。フィルタ受容体は、プラスチック材料製の射出成形部材として形成されていることができ、フィルタハウジング及び／又は空気フィルタの固定を可能にする外輪郭を提供する。フィルタハウジングはこの場合空気フィルタを取り囲んでおり、空気フィルタはこの配置形式によって保護されている。コンプレッサ装置によって吸込み開口を通して吸い込まれる空気は、この場合フィルタハウジングにおける相応な開口を通って、フィルタを通って、次いでフィルタ受容体を通って、フランジエレメントにおける空気流入開口内に達する。コンプレッサがスイッチオフされると、閉鎖エレメントは内側においてフランジエレメントに向かって閉鎖し、その結果空気流入開口、フィルタ受容体及びフィルタ並びにフィルタハウジングは大気圧になる。

コンプレッサ装置の弁ユニットの択一的な実施形態では、弁ユニットがコンプレッサハウジングとは別体のハウジング内に配置されており、該別体のハウジングがコンプレッサハウジングに組付け可能である。この実施形態は単に弁ユニットの外側の配置形式によって異なっているだけであり、この配置形式はしかしながら、軸方向運動可能な閉鎖エレメントを用いた弁ユニットの構成に関する本発明による解決策の利点を失うものではない。

図１は、弁ユニットを備えたコンプレッサ装置の吸込み領域を、弁ユニットが閉鎖位置を占めている場合において示す横断面図であり、
図２は、弁ユニットを備えたコンプレッサ装置の吸込み領域を、弁ユニットが開放位置を占めている場合において示す横断面図である。

図１にはコンプレッサ装置１が横断面図で示されており、図示の領域は特にコンプレッサ装置１の吸込み開口に相当する。コンプレッサは運転時にこの吸込み開口を通して通気を吸い込み、吸い込まれた空気は次いで圧縮されて、それぞれの消費機に供給されることができる。コンプレッサ装置１はコンプレッサハウジング２を有しており、このコンプレッサハウジング２は外側への移行部に、長手方向区分を有する吸込み開口を有している。この長手方向区分の内部には弁ユニット３が配置されており、この弁ユニット３はコンプレッサ装置１の運転時に、圧縮される空気の流入を開放し、コンプレッサ装置１の遮断された状態つまりスイッチオフされた状態においては吸い込み開口を弁ユニット３の閉鎖位置によって、外側に対してシールされる。

弁ユニット３は閉鎖エレメント４を有しており、この閉鎖エレメント４は図１では閉鎖位置において示されている。閉鎖エレメント４は皿形に形成されていて、コンプレッサハウジング２の吸込み開口の内部において軸方向運動を行う。

閉鎖エレメント４を案内するために、長手方向区分の内部において吸込み開口にはガイド輪郭５が加工されており、これらのガイド輪郭５は閉鎖エレメント４を外縁部の周囲においてセンタリングして軸方向で案内する。閉鎖エレメント４は図示の閉鎖位置において、フランジエレメント６に形成されたシール面をシールする。閉鎖エレメント４にはシールエレメント１１が受容されており、このシールエレメント１１は、ガイドエレメント６におけるシール面と閉鎖エレメント４自体との間をシールする。フランジエレメント６はシールエレメント８を用いてハウジング２に対してシールされている。シールエレメント８，１１はこの場合Ｏリングパッキンとして形成されている。

フランジエレメント６は、コンプレッサハウジング２における吸込み開口の外側領域を閉鎖しているので、弁ユニット３は内側においてフランジエレメント６の後ろに位置しており、これにより外側において保護されている。コンプレッサハウジング２の吸込み領域におけるガイド輪郭５は、長く形成された注型条片（Gussleisten）として形成されており、製造は注型工程後に切削による後加工を有することができる。この場合例えばフライス工程によって、案内のために必要な寸法精度を得ることができ、この際に同様に必要な表面品質を得ることができる。注型条片は波の山と谷を交互に有しており、この場合閉鎖エレメント４は波の山と接触している。注型条片の長さは少なくとも閉鎖エレメント４の全行程運動にわたって延在しており、その結果閉鎖エレメント４はその全運動区間にわたって案内されている。閉鎖エレメント４の開放位置は行程制限エレメント９によって制限され、この行程制限エレメント９は図示の実施例ではフランジ状の形状を有していて、この形状は皿形区分と円筒区分とを有しており、円筒区分は閉鎖エレメント４の方向に、つまり閉鎖エレメント４に向かって延びるように形成されている。行程制限エレメント９は同様に注型条片の内部においてコンプレッサハウジング２の吸込み開口内に収容されていて、かつ開放位置における閉鎖エレメント４の行程を制限する。閉鎖エレメント４と行程制限エレメント９との間にはばね１０が設けられており、このばね１０は、閉鎖エレメント４が図１に示された閉鎖位置において自由に運動することを阻止しており、これによって閉鎖エレメント４のがたつきもしくはノイズを防止することができる。ばね１０はコイルばねとして形成されていて、行程制限エレメント９と閉鎖エレメント４との間において圧縮ばねとして働く。

図２にはコンプレッサ装置１が同様に吸込み開口の領域において示されており、この場合弁ユニット３は開放位置で示されている。吸い込まれた空気は空気流入開口７を通って流れ、この空気流入開口７は円筒形の孔としてフランジエレメント６を貫いて延びており、次いで閉鎖エレメント４とフランジエレメント６との間を貫通している。注型条片として形成されたガイド輪郭５は吸い込まれたコンプレッサ空気に、該コンプレッサ空気が波の谷（Wellental）の領域において閉鎖エレメント４のそばを流過できるという可能性を提供する。波の谷はこの場合流路を形成しており、図示の実施例によれば全部で４つの注型条片が、コンプレッサハウジング２の吸込み領域において吸込み開口の内部に全周にわたって成形されている。閉鎖エレメント４に対して作用する流れの力に基づいて、閉鎖エレメント４は開放し、この際に閉鎖エレメント４はフランジエレメント６におけるシール面から持ち上がる。これによって、閉鎖エレメント４に設けられたシールエレメント１１と、フランジエレメント６のシール面との間に流れ間隙が発生する。ばね１０はこの位置において圧縮され、この場合ばね力は、閉鎖エレメント４を開放位置に移動させるために、大きな力が閉鎖エレメント４に加えられる必要がないように、小さく設定されている。

フランジエレメント６は中空円筒形の区分を有しており、この円筒形区分はコンプレッサハウジング２の外側に向かって延びている。円筒形区分にはフィルタ受容体１２が配置されており、このフィルタ受容体１２はフィルタハウジング１３と空気フィルタ１４とを受容している。吸い込まれたコンプレッサ空気は、フィルタハウジング１３における相応な開口（図示せず）を通って流入し、空気フィルタ１４を通過する。次いでコンプレッサ空気はフィルタ受容体１２内に進入し、次いで空気流入開口７内に流入して、弁ユニット３を通過することができる。

本発明の構成は図示の有利な実施例に制限されるものではなく、本発明は、特に、スクリュコンプレッサとの関連における使用に制限されるものではなく、本発明の枠を逸脱することなしに、図示の実施例とは異なる構成において使用される種々様々な変化実施例が可能である。

弁ユニットを備えたコンプレッサ装置の吸込み領域を、弁ユニットが閉鎖位置を占めている場合において示す横断面図である。 弁ユニットを備えたコンプレッサ装置の吸込み領域を、弁ユニットが開放位置を占めている場合において示す横断面図である。

符号の説明

１ コンプレッサ装置、 ２ コンプレッサハウジング、 ３ 弁ユニット、 ４ 閉鎖エレメント、 ５ ガイド輪郭、 ６ フランジエレメント、 ７ 空気流入開口、 ８ シールエレメント、 ９ 行程制限エレメント、 １０ ばね、 １１ シールエレメント、 １２ フィルタ受容体、 １３ フィルタハウジング、 １４ 空気フィルタ

Claims (12)

1. コンプレッサ装置（１）、特に圧縮空気発生のためのスクリュコンプレッサであって、空気を吸い込むための吸込み開口を有するコンプレッサハウジング（２）が設けられており、運転時に開放位置を占めかつスイッチオフ状態において閉鎖位置を占める閉鎖エレメント（４）を備えた弁ユニット（３）が設けられており、閉鎖エレメント（４）が皿形に形成されていて、コンプレッサハウジング（２）に形成されたガイド輪郭（５）を介して閉鎖位置と開放位置との間において自由に軸方向運動可能に案内されている形式のものにおいて、閉鎖エレメント（４）を案内するためのガイド輪郭（５）が注型条片として形成されており、コンプレッサハウジング（２）が３つ〜６つの注型条片を有しており、開放位置への閉鎖エレメント（４）の軸方向運動が、行程制限エレメント（９）を用いて制限可能であり、閉鎖エレメント（４）と行程制限エレメント（９）との間に、戻し力を発生させるばね（１０）が配置されていることを特徴とするコンプレッサ装置（１）。
2. コンプレッサハウジング（２）の吸込み開口にフランジエレメント（６）が配置されていて、該フランジエレメント（６）が空気流入開口（７）を有していて、該空気流入開口（７）を通して、コンプレッサ装置（１）によって吸い込まれた空気が貫流する、請求項１記載のコンプレッサ装置（１）。
3. フランジエレメント（６）が半径方向において対称的に形成されており、空気流入開口（７）がフランジエレメント（６）において該フランジエレメント（６）の対称軸線と同軸的に延びている、請求項２記載のコンプレッサ装置（１）。
4. フランジエレメント（６）が、シール面を有しており、該シール面を閉鎖エレメント（４）が閉鎖位置においてシールする、請求項２又は３記載のコンプレッサ装置（１）。
5. フランジエレメント（６）がシールエレメント（８）を有しており、該シールエレメント（８）がフランジエレメント（６）とコンプレッサハウジング（２）との間に配置されている、請求項２又は４記載のコンプレッサ装置（１）。
6. ばね（１０）がコイルばねとして形成されていて、コンプレッサ装置（１）のスイッチオフ状態において閉鎖エレメント（４）を閉鎖位置に押圧する、請求項１記載のコンプレッサ装置（１）。
7. 閉鎖エレメント（４）がシールエレメント（１１）を有していて、該シールエレメント（１１）が吸込み領域を、フランジエレメント（６）のシール面における閉鎖エレメント（４）の面による接触時にシールする、請求項１から６までのいずれか１項記載のコンプレッサ装置（１）。
8. フランジエレメント（６）が、コンプレッサハウジング（２）の外側に向かって形成された中空円筒形の区分を有している、請求項１から７までのいずれか１項記載のコンプレッサ装置（１）。
9. 中空円筒形の区分の外側にフィルタ受容体（１２）が配置されている、請求項８記載のコンプレッサ装置（１）。
10. フィルタ受容体（１２）がフィルタハウジング（１３）及び空気フィルタ（１４）又はそのいずれか一方を受容している、請求項９記載のコンプレッサ装置（１）。
11. 弁ユニット（３）が、コンプレッサハウジング（２）の内側に位置していて、フランジエレメント（６）に隣接して配置されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載のコンプレッサ装置（１）。
12. 弁ユニット（３）がコンプレッサハウジング（２）とは別体のハウジング内に配置されており、該別体のハウジングがコンプレッサハウジング（２）に組付け可能である、請求項１から１０までのいずれか１項記載のコンプレッサ装置（１）。

Images